Вторник, 27 февраля, 2024
ДомойБиологияРасшифровка грёз: учёные из Гарварда раскрывают тайны мозга

Расшифровка грёз: учёные из Гарварда раскрывают тайны мозга

- Advertisement -

Недавнее исследование, проведенное Гарвардской медицинской школой, пролило свет на неврологическую основу мечтаний. Исследование, проведенное на мышах, показало, что нейроны зрительной коры активируются по шаблону, аналогичному тем, которые наблюдаются при просмотре изображений, что указывает на мечтательность. Было обнаружено, что эти закономерности, особенно очевидные в ранних мечтах, предсказывают будущие реакции мозга на визуальные стимулы, что указывает на роль снов в пластичности мозга. Исследование также подчеркивает важность мечтаний в процессах обучения и памяти как у мышей, так и, возможно, у людей. Фото: SciTechDaily.com

Наблюдения за мышами намекают на роль мечтаний в ремоделировании мозга.

  • Во время тихого бодрствования активность мозга мышей предполагает, что животные грезят о недавнем изображении.
  • Мечты о недавно просмотренном изображении предсказывали, как мозг отреагирует на изображение в будущем.
  • Полученные данные позволяют предположить, что мечты могут играть роль в пластичности мозга.

Понимание мозга во время мечтаний

Вы сидите тихо, и вдруг ваш мозг отключается от мира и переключается на что-то совершенно другое — возможно, недавний опыт или старые воспоминания. Тебе только что приснилась мечта.

Тем не менее, несмотря на повсеместное распространение этого опыта, то, что происходит в мозгу во время мечтаний, — это вопрос, который в значительной степени ускользает от нейробиологов.

Теперь исследование на мышах, опубликованное 13 декабря в журнале Природа, привела команду во главе с исследователями из Гарвардской медицинской школы на шаг ближе к выяснению этой проблемы.

Исследователи отслеживали активность нейронов зрительной коры головного мозга мышей, пока животные оставались в спокойном состоянии бодрствования. Они обнаружили, что иногда эти нейроны срабатывают по схеме, аналогичной той, которая возникает, когда мышь смотрит на реальное изображение, что позволяет предположить, что мышь думала — или мечтала — об изображении. Более того, характер активности мышей во время первых нескольких дневных грёз предсказывал, как реакция мозга на изображение будет меняться с течением времени.

Исследование предоставляет привлекательные, хотя и предварительные, доказательства того, что мечты могут формировать будущую реакцию мозга на то, что он видит. Эта причинно-следственная связь должна быть подтверждена в дальнейших исследованиях, предупредила команда, но результаты предлагают интригующую подсказку о том, что мечты во время тихого бодрствования могут играть роль в пластичности мозга — способности мозга перестраиваться в ответ на новый опыт.

Исследование мечтаний и пластичности мозга

«Мы хотели знать, как этот процесс мечтаний происходит на нейробиологическом уровне и могут ли эти моменты спокойного размышления быть важны для обучения и памяти», — сказал ведущий автор Нгиа Нгуен, аспирант нейробиологии в Институте Блаватника при HMS.

Ученые потратили значительное время на изучение того, как нейроны воспроизводят прошлые события, чтобы сформировать воспоминания и составить карту физической среды в гиппокампе, области мозга, имеющей форму морского конька, которая играет ключевую роль в памяти и пространственной навигации.

Фокус на зрительной коре

Напротив, было мало исследований по воспроизведению нейронов в других областях мозга, включая зрительную кору. Такие усилия дадут ценную информацию о том, как формируются зрительные воспоминания.

«Мою лабораторию заинтересовало, сможем ли мы записать данные с достаточного количества нейронов зрительной коры, чтобы понять, что именно запоминает мышь, а затем связать эту информацию с пластичностью мозга», — сказал старший автор Марк Андерманн, профессор медицины в Beth Israel Deaconess Medical. Центр и профессор нейробиологии HMS.

В ходе экспериментов мыши неоднократно смотрели на одно из двух изображений, показанных здесь, с минутными перерывами между ними. Изображения были выбраны на основе их способности вызывать сильную реакцию нейронов зрительной коры. Предоставлено: лаборатория Андерманна.

В новом исследовании ученые неоднократно показывали мышам одно из двух изображений, каждое из которых состояло из разного шахматного рисунка из серых и пестрых черно-белых квадратов. Между изображениями мыши в течение минуты смотрели на серый экран. Команда одновременно зафиксировала активность примерно 7000 нейронов зрительной коры.

Исследователи обнаружили, что, когда мышь смотрела на изображение, нейроны срабатывали по определенному шаблону, и эти шаблоны достаточно отличались, чтобы отличить первое изображение от второго. Что еще более важно, когда мышь смотрела на серый экран между изображениями, нейроны иногда срабатывали по похожей, но не идентичной схеме, как когда мышь смотрела на изображение, — признак того, что она мечтала об изображении. Эти мечты возникали только тогда, когда мыши были расслаблены, характеризовались спокойным поведением и маленькими зрачками.

Неудивительно, что мыши больше мечтали о самом последнем изображении — и в начале дня они мечтали больше, чем в конце, когда они уже видели каждое изображение десятки раз.

Но то, что исследователи обнаружили дальше, было совершенно неожиданным.

Между изображениями мыши тратили минуту, глядя на серый экран. В это время нейроны зрительной коры головного мозга, показанные здесь, время от времени активировались по схеме, похожей на ту, которую мы наблюдаем, когда мыши смотрели на изображение, что позволяет предположить, что мыши мечтали об этом изображении. Предоставлено: лаборатория Андерманна.

В течение дня и в течение нескольких дней модели активности, наблюдаемые, когда мыши смотрели на изображения, менялись — нейробиологи называют это «репрезентативным дрейфом». Однако этот дрейф не был случайным. Со временем паттерны, связанные с изображениями, стали еще больше отличаться друг от друга, пока каждый из них не задействовал почти полностью отдельный набор нейронов. Примечательно, что узор, наблюдаемый во время первых нескольких мечтаний мыши об изображении, предсказывал, каким станет узор, когда мышь посмотрит на изображение позже.

«Реакция мозга на одно и то же изображение с течением времени меняется, и эти ранние мечты могут предсказать, куда движется этот дрейф», — сказал Андерманн.

Наконец, исследователи обнаружили, что мечты зрительной коры происходили одновременно с активностью воспроизведения в гиппокампе, что позволяет предположить, что во время этих мечтаний две области мозга взаимодействовали.

Сидеть, возможно, мечтать

Основываясь на результатах исследования, исследователи подозревают, что эти мечты могут активно участвовать в пластичности мозга.

«Когда вы много раз видите два разных изображения, становится важно различать их. Наши результаты показывают, что мечтания могут управлять этим процессом, отвлекая друг от друга нейронные паттерны, связанные с двумя изображениями», — сказал Нгуен, отметив при этом, что эту связь необходимо подтвердить.

Нгуен добавил, что обучение различению изображений должно помочь мыши в будущем реагировать на каждое изображение с большей специфичностью.

Эти наблюдения согласуются с растущим числом доказательства на грызунах и людях что вход в состояние тихого бодрствования после пережитого может улучшить обучение и память.

Далее исследователи планируют использовать свои инструменты визуализации, чтобы визуализировать связи между отдельными нейронами зрительной коры и изучить, как эти связи изменяются, когда мозг «видит» изображение.

«Мы исследовали эти 99 процентов неисследованной мозговой активности и обнаружили, что в зрительной коре так много богатства, о котором никто ничего не знал», — сказал Андерманн.

Вопрос о том, связаны ли сны наяву у людей сходные паттерны активности зрительной коры, остается открытым, и ответ потребует дополнительных экспериментов. Однако есть предварительные данные о том, что аналогичный процесс происходит у людей, когда они вспоминают визуальные образы.

Рэнди Бакнер, профессор психологии и нейронауки семьи Сосланд в Гарвардском университете, показал, что мозговая активность в зрительной коре увеличивается когда людей просят вспомнить изображение в деталях. Другие исследования зафиксировали всплески электрической активности в зрительной коре и гиппокампе во время такого воспоминания.

Для исследователей результаты их и других исследований показывают, что может быть важно освободить место для моментов тихого бодрствования, которые приводят к мечтам. Для мыши это может означать перерыв в просмотре серии изображений, а для человека — перерыв в прокрутке на смартфоне.

«Мы вполне уверены, что если вы никогда не дадите себе время для бодрствования, у вас не будет так много этих мечтаний, которые могут быть важны для пластичности мозга», — сказал Андерманн.

Ссылка: «Корковые реактивации предсказывают будущие сенсорные реакции» Нгиа Д. Нгуен, Эндрю Лутас, Орен Амсалем, Джессеба Фернандо, Энди Янг-Эон Ан, Ричард Хаким, Джослин Вергара, Джастин МакМахон, Джордан Димидштайн, Бернардо Л. Сабатини и Марк Л. Андерманн, 13 декабря 2023 г., Природа.
DOI: 10.1038/s41586-023-06810-1

Среди других авторов статьи — Эндрю Лутас, Орен Амсалем, Джессеба Фернандо, Энди Янг-Эон Ан, Ричард Хаким, Жосселин Вергара, Джастин МакМахон, Джордан Димидшштейн и Бернардо Сабатини.

Исследование было поддержано Национальной стипендией оборонной науки и техники, стипендией Гиллиама Медицинского института Говарда Хьюза, Национальные институты здоровья (F32 DK112589; DP2 DK105570; DP1 AT010971-02S1; R01 MH12343), награду Фонда семьи Дэвис, премию Макнайта, премию Гарвардской межфакультетской инициативы по изучению поведения мозга, грант Гарвардской инициативы по изучению мозга в области биполярного расстройства, а также Кент и Лиз Даутен.

Исходная ссылка

- Advertisement -

Популярное по теме